تغییرات پوشش برف در رشته‌کوه زاگرس با استفاده از داده‌های روزانه سنجنده MODIS

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم جغرافیایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

2 دانشیار، گروه علوم جغرافیایی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش تجزیه ‌و تحلیل روند تغییرات پوشش برف در محدوده رشته‌کوه زاگرس جهت واکاوی نوسانات پوشش برف طی دوره زمانی 2016-2001 است. در این پژوهش از داده‌های روزانه سنجنده MODIS جهت استخراج و بررسی تغییرات سطح پوشش برف (SCA) و برفمرز (SL) برای ماه‌های دارای پوشش برف طی سال‌های 2016-2001 شده است. برای ارزیابی صحت تغییرات پوشش برف از آمار میانگین بارش (بدون تفکیک برف و باران) ایستگاه‌های سینوپتیک قرارگرفته در ارتفاع بالاتر از 1500 متر استفاده شد و جهت ارزیابی دقت تصاویر MODIS در استخراج سطح پوشش برف از 12 فریم تصویر سنجنده ASTER به‌عنوان نقشه صحت زمینی استفاده شد. تحلیل روند تغییرات پوشش برف و برفمرز با استفاده از آزمون من-کندال نشان می‌دهد که پوشش برف و برفمرز به‌طور کلی چه در سطح معناداری 99 درصد و چه 95 درصد فاقد روند است. بررسی آمارهای پوشش برف هرماه نشان می‌دهد که سال 2009 نقطه عطفی در پوشش برف زاگرس به‌شمار می‌رود و از این سال به بعد تا سال 2016 برای تمامی ماه‌ها به‌جز ماه نوامبر تغییرات پوشش برف کاهشی است. بررسی تغییرات میانگین سطح پوشش برف طی سال‌های 2016-2009 نسبت به سال‌های 2008-2001 نشان می‌دهد که ماه ژانویه با بیشترین کسری پوشش برف به میزان 11/55- درصدی در دامنه ارتفاعی 1162-4212 و کسری بارش 85/45- برای ایستگاه‌های سینوپتیک مواجه بوده است. ارزیابی دقت تصاویر پوشش برف MODIS نسبت به تصاویر ASTER نیز نشان می‌دهد که مقادیر ضرایب R2، RMSE و MAPE بین سطح پوشش برآوردی توسط هر دو تصویر به ترتیب 99/0، 3/49 کیلومترمربع و 51/21 درصد بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Snow Cover Changes of Zagros Range in 2001-2016 Using Daily Data of MODIS

نویسندگان [English]

  • Payman Mohammadi Ahmadmahmoudi 1
  • Asadollah Khoorani 2
1 M.Sc. Student, Department of Geographical science, University of Hormozgan, Bandaabbas, Iran
2 Associate Professor, Department of Geographical science, University of Hormozgan, Bandaabbas, Iran
چکیده [English]

Snow cover (SC) is the main part of global cryosphere that covers about 46 million square kilometer of earth surface. Seasonal SC and snow storage provides the required water of around 1/6 of world population. About 98 percent of global SC is in the northern hemisphere. Southern and southwestern mountain range of Iran, called Zagros is located in the mid-latitudes that is exposed to the northern hemisphere westerlies resulting in high amount of rain and snowfall. This region contains 40 percent of Iran's water storage. Monitoring and evaluation of seasonal SC is essential for managing winter tourism, transportation, environment, land cover, water and irrigation and also essential in runoff modeling. In our study area snow gauges are insufficient and sparse, therefore monitoring spatial changes of Snow Cover Area (SCA) is difficult. MODIS images lunched on TERRA and AQUA platforms are suitable data source for estimating SC, because they provide daily images with 500 meter spatial resolution. The aim of this study is detecte and analyze SC variations and trends in Zagros mountain range using daily images of MODIS in order to determine SC variation.
In this research, 348 daily products of MODIS for first days of snowy months (Months with some snow on the ground in Zagros; Dec, Jan, Feb, Mar, Apr, May, Jun) are obtained from National Snow & Ice Data Center (NSIDC) to calculate SCA. Digital Elevation Model (DEM) is used to determining snow line (SRTM 90m from Earthexplorer.usgs.gov) and total monthly precipitation of weather stations above 1500 meter elevation of the same period with SC data is used. Snow line is extracted by overlaying DEM on SCA. Then the snow line pattern is determined as the average of snow line for each day during 2001 to 2016. SCA pattern is also extracted as the average of each day during the same period. In order to calculate trends in SCA and Snow Line Man-Kendal test is used. Man-Kendal test is less sensitive too extreme values of time series.
The trends of SC are investigated using Man-Kendal test results show a decreasing trend in January, May and June in 2007-2016. The highest amount of SCA decrease and snow line retrogression for January, May and June are recorded in 1250-4500 m, 2300-4500 m and 3500-4500 m altitude belts, respectively. Based on SC departure from the average, two periods are recognizable: first, from 2001 to 2008, in this period SC is above the average and is more similar to the snow cover pattern of the whole period (2001-2016). Second period from 2009 to 2016, in this period SC is more below the average and is not similar to the snow cover pattern of the whole period (2001-2016). In the second period mean SC reduction compared to the first period in Dec, Jan, Feb, Mar, Apr, May and June are 4, 67.6, 24.5, 21, 10, 47.3 and 48.4 respectively. Mean monthly precipitation changes of weather stations above 1500 meter elevation is similar to the changes of SC changes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Snow Cover
  • Zagros
  • MODIS
  • water resources

حجام، س.، خوشخو، ی. و شمس‌الدین وندی، ی.، 1386، تحلیل روند تغییرات بارندگی‌های فصلی و سالانه چند ایستگاه منتخب در حوزه مرکزی ایران با استفاده از روش‌های ناپارامتری، پژوهش‌های جغرافیایی، شماره 64، صص157-168.

رحیمی، د. و داناپور، م.، 1391، تحلیل نوسانات اقلیمی مؤثر بر ارتفاع برف(منطقه کوهرنگ)، فصلنامه علمی-پژوهشی فضای جغرافیایی، سال دوازدهم، شماره 38، صص75-61.

زمانی، ر.، عبدالهی، س. و میرعباسی نجف‌آبادی، ر.، 1393، تحلیل روند پارامترهای هیدرومتئورولوژیک چهار سد مهم جنوب غرب ایران، مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، شماره 18، صص55-75.

شفیع‌زاده مقدم، ح.، مباشری، م. و شایان، س.، ۱۳۸۹، ارتقای دقت براورد شاخص NDSI و کسر پوشش برف سنجنده MODIS با بکارگیری همزمان سنجنده ASTER، همایش ژئوماتیک 89، تهران، سازمان نقشه برداری کشور.

شمس، م.، مباشری، م. و فاطمی.، 1389، بررسی روش تشخیص و استخراج پیکسل‌های برفی در تصاویر مادیس، همایش ژئوماتیک 89، تهران، سازمان نقشه‌برداری کشور.

علیجانی، ب.، 1391، آب‌وهوای ایران، انتشارات دانشگاه پیام نور، نوبت چاپ یازدهم.

قاسمی فر، ا. و ناصرپور، س.، 1393، پهنه‌بندی اقلیمی ناحیه زاگرس، دوره 23، شماره 89، صص54-60.

کیخسروی کیانی، م. و مسعودیان، ا.، 1396الف، واکاوی روند تغییرات روزهای برفپوشان در ایران بر پایۀ دادههای دورسنجی، جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، 65، 49-60.

کیخسروی کیانی، م. و مسعودیان، ا.، 1396ب، واکاوی نقش دمای رویه زمین در پراکنش پوشش برف در ایران به کمک داده های ماهواره ای ، جغرافیا و توسعه، 49، 189-204.

مسعودیان، ا. و کیخسروی کیانی، م.، 1396، ارزیابی تغییرات روزهای همراه با پوشش برف در گروه های ارتفاعی حوضه زاینده‌رود، مخاطرات محیط طبیعی، شماره11، صص 33-46.

مسعودیان، س.ا.، 1388، نواحی بارشی ایران، فصلنامه جغرافیا و توسعه، شماره 13، صص79-91.

میریعقوب‌زاده، م. و قنبرپور، م.، 1389، بررسی کاربرد نقشه‌های پوشش برفی حاصل از تصاویر ماهوارهای MODIS در مدلسازی رواناب ذوب برف (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سد کرج). فصلنامه علمی-پژوهشی علوم زمین، شماره 76، 141-148.

Abbasi, F. and Asmari, M., 2011, Climate Change assessment over Zagros During 2010-2039 by Using Statistical Down scaling of ECHO-G model. Environmental Research Journal, 5. 149-155.

Anderson, C., R, 1979, Long-Range Forecasting: From Crystal Ball to Computer.

Arkian, F., Karimkhani, M. and Taheri, H. R., 2014, Variability and Trends in the Duration and Depth of Snow Cover in Iran in Thirty Years. Journal of Earth Science & Climatic Change, 5, 1-5.

Atif, I., Mahboob, M. A. and Iqbal, J., 2015, Snow cover area change assessment in 2003 and 2013 using MODIS data of the Upper Indus Basin, Pakistan. Journal of Himalayan Earth Science, 48. 117-128.

Barnett, T. P., Adam, J. C. and Lettenmaier, D. P., 2005, Potential impacts of a warming climate on water availability in snow-dominated regions. Nature., 438, 303-309.

Barton, J. S., Hall, D. K. and Riggs, G. A., 2000, Remote sensing of fractional snow cover using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. In Proceedings of the 57th Eastern Snow Conference., 171-183.

Brown, R. and Armstrong, R. L., 2008, Snow Cover Data: Measurement, Products and Sources. Snow and Climate., 181-216.

Chevallier, P., Arnaud, Y. and Ahmad, B., 2011, Snow cover dynamics and hydrological regime of the Hunza River basin, Karakoram Range, Northern Pakistan. Hydrology and Earth System Sciences, 15, 2259-2274.

Dietz, A. J., Wohner, C. and Kuenzer, C., 2012, European snow cover characteristics between 2000 and 2011 derived from improved MODIS daily snow cover products. Remote Sensing, 4(8), 2432-2454.

Dozier, J. and Painter, T. H., 2004, Multispectral and hyperspectral remote sensing of alpine snow properties. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 32, 465-494.

Fayaza, N., Vazifedoustb, M. and Araghinejadc, S., 2013, Monitoring of snow cover variation using Modis snow product. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 58. 165-168.

Hall, D. K. and Riggs, G. A., 2007, Accuracy assessment of the MODIS snow products. Hydrological Processes., 21, 1534-1547.

Hall, D. K., Riggs, G. A. and Salomonson, V. V., 1995, Development of methods for mapping global snow cover using moderate resolution imaging spectroradiometer data. Remote sensing of Environment., 54, 127-140.

Hall, D. K., Riggs, G. A., Salomonson, V. V., DiGirolamo, N. E. and Bayr, K. J., 2002, MODIS snow-cover products. Remote sensing of Environment., 83, 181-194.

Hantel, M., Maurer, C. and Mayer, D., 2012, The snowline climate of the Alps 1961–2010. Theoretical and Applied Climatology., 110, 517-537.

http://www.irimo.ir. (Iran Meteorological Organization).

https: nsidc.org. (National Snow & Ice Data Center).

Huang, X., Deng, J., Wang, W., Feng, Q. and Liang, T., 2017, Impact of climate and elevation on snow cover using integrated remote sensing snow products in Tibetan Plateau. Remote Sensing of Environment, 190, 274-288.

Klein, A. G. and Barnett, A. C., 2003, Validation of daily MODIS snow cover maps of the Upper Rio Grande River Basin for the 2000–2001 snow year. Remote Sensing of Environment., 86, 162-176.

Kousari, M. R., Ekhtesasi, M. R., Tazeh, M., Naeini, M. A. S. and Zarch, M. A. A., 2011, An investigation of the Iranian climatic changes by considering the precipitation, temperature, and relative humidity parameters. Theoretical and Applied Climatology, 103, 321-335.

Krajčí, P., Holko, L., Perdigão, R. A. and Parajka, J., 2014, Estimation of regional snowline elevation ,RSLE) from MODIS images for seasonally snow covered mountain basins. Journal of hydrology., 519, 1769-1778.

Masih, I., Uhlenbrook, S., Maskey, S. and Smakhtin, V., 2011, Streamflow trends and climate linkages in the Zagros Mountains, Iran. Climatic Change., 104, 317-338.

Modarres, R. and da Silva, V. D. P. R., 2007, Rainfall trends in arid and semi-arid regions of Iran. Journal of Arid Environments., 70, 344-355.

Negi, H. S., Thakur, N. K., Kumar, R. and Kumar, M., 2009, Monitoring and evaluation of seasonal snow cover in Kashmir valley using remote sensing, GIS and ancillary data. Journal of Earth System Science., 118, 711-720.

Notarnicola, C., Duguay, M., Moelg, N., Schellenberger, T., Tetzlaff, A., Monsorno, R. and Zebisch, M., 2013, Snow cover maps from MODIS images at 250 m resolution, part 2: Validation. Remote Sensing., 5, 1568-1587.

Riggs, G. A. and Hall, D. K., 2004, June, Snow mapping with the MODIS Aqua instrument. In Proc. 61st Eastern Snow Conf., 9-11.

Salomonson, V. V. and Appel, I., 2004, Estimating fractional snow cover from MODIS using the normalized difference snow index. Remote sensing of environment., 89, 351-360.

Sönmez, I., Tekeli, A. E. and Erdi, E., 2014, Snow cover trend analysis using interactive multisensor snow and ice mapping system data over Turkey. International Journal of Climatology., 34, 2349-2361.

Tahiri, A. A., Chevallier, P., Arnaud, Y., Ashraf, M. and Bhatti, M. T., 2015, Snow cover trend and hydrological characteristics of the Astore River basin ,Western Himalayas) and its comparison to the Hunza basin ,Karakoram region, Science of the Total Environment., 505, 748-761.

Toros, H., 2012, Spatio‐temporal variation of daily extreme temperatures over Turkey. International Journal of Climatology., 32, 1047-1055.

Wang, X., Xie, H. and Liang, T., 2008, Evaluation of MODIS snow cover and cloud mask and its application in Northern Xinjiang, China. Remote Sensing of Environment., 112, 1497-1513.

Yang, J., Jiang, L., Shi, J., Wu, S., Sun, R. and Yang, H., 2014, Monitoring snow cover using Chinese meteorological satellite data over China. Remote sensing of environment., 143, 192-203.

Zarenistanak, M., Dhorde, A. G., Kripalani, R. H. and Dhorde, A. A., 2015, Trends and projections of temperature, precipitation, and snow cover during snow cover-observed period over southwestern Iran. Theoretical and Applied Climatology., 122, 421-440.

Zhang, Y., Yan, S. and Lu, Y., 2010, Snow cover monitoring using MODIS data in Liaoning Province, Northeastern China. Remote Sensing., 3, 777-793.